十字花科植物黑斑病的研究進展

沈鈺森 王建升 盛小光 趙振卿 虞慧芳 顧宏輝

(浙江省農(nóng)業(yè)科學院蔬菜研究所，浙江 杭州 310021)

十字花科 ( Cruciferae )， 又稱蕓薹科(Brassicaceae)，意為花朵呈十字形的植物，并且常具有辛辣味。十字花科是植物中最繁盛的科之一，包括很多蔬菜，如青花菜(Brassica. oleraceavar．italica)、花椰菜(B. oleraceavar．botrytis)、芥菜(B. juncea)、甘藍(B. oleraceavar．capitata)、白 菜(B. rapa) 和 蘿 卜(Raphanus sativus)，以及作為模式作物的擬南芥(Arabidopsis thaliana)等[1]。黑斑病在十字花科蔬菜上普遍發(fā)生，其致病菌可侵染植株的葉片、莖稈、角果和花球等，并在其表面形成同心輪紋的灰褐至暗褐色近圓形的病斑，造成蔬菜的品質(zhì)和產(chǎn)量大大降低，尤其對青花菜、花椰菜等以花球為食用部分的蔬菜商品性造成了極大的影響。

目前在十字花科蕓薹屬栽培種中尚未發(fā)現(xiàn)對黑斑病具有高度抗性的材料或基因[2]，只在蕓薹屬的近緣物種，如亞麻芥(Camelina sativa)、薺菜(Capsella bursapastoris)、白芥子(Sinapis alba)、芝麻芥(Eruca sativa)和擬南芥中發(fā)現(xiàn)了一些高抗性的種質(zhì)資源[3-4]。亞麻芥、薺菜和擬南芥中的抗菌類物質(zhì)camelexin，可以抑制黑斑病毒素腐敗菌素B(destruxin B，也稱綠僵菌素、破壞素)的產(chǎn)生[5-6]；白芥子可以通過羥基化和糖基化作用將腐敗菌素B 降解[7-8]；芝麻芥中可能存在較高含量的多酚和黃酮類物質(zhì)，對黑斑病產(chǎn)生了抗性[9]。此外，不同生態(tài)型的擬南芥中camalexin 含量不同，使得擬南芥對黑斑病的抗性存在差異[10]。擬南芥與黑斑病的互作研究已成為揭示死體營養(yǎng)型病菌致病機理的理想模型[11]。

本文重點綜述了十字花科植物受鏈格孢屬真菌侵染過程中，植物與真菌體內(nèi)發(fā)生的一系列生理生化反應，以及相關(guān)的調(diào)控過程。這些研究不僅有助于在蔬菜抗病育種中采取有效的防控措施，也能從分子水平上對蔬菜種質(zhì)進行遺傳改良，獲得優(yōu)良抗病品種。

1 黑斑病病原研究

1.1 病原分類

引起十字花科黑斑病的鏈格孢屬真菌，是一種死體營養(yǎng)型致病菌，主要通過無性孢子繁殖[12]。在馬鈴薯葡萄糖瓊脂(potato dextrose agar， PDA)培養(yǎng)基上，鏈格孢菌的菌落會形成絨狀或帶粉狀同心圓，菌絲灰色至黑色，生長迅速且擴散快；鏈格孢菌具有多種形態(tài)的分生孢子，呈現(xiàn)鏈狀或分枝形態(tài)。孢子在基部附近最寬，逐漸變細成一個拉長的“喙”[1]。

根據(jù)真菌的孢子形態(tài)特征和侵染寄主的種類，侵染十字花科蔬菜的鏈格孢屬真菌分為甘藍鏈格孢菌(Alternaria brassicicola)，蕓薹鏈格孢菌(A. brassicae)和蘿卜鏈格孢菌(A. raphani)3 種?；蚚13]。通常認為，甘藍鏈格孢菌主要侵染甘藍類蔬菜，蕓薹鏈格孢菌主要侵染白菜類蔬菜，蘿卜鏈格孢菌主要侵染蘿卜屬蔬菜。但也有報道稱，甘藍鏈格孢菌和蕓薹鏈格孢菌的寄主范圍并沒有明確的界限，只是對特定的寄主而言，兩類鏈格孢存在的變異范圍不同，或是它們的為害時節(jié)存在差異[14]。

1.2 黑斑病原基因組

目前已公布的甘藍鏈格孢菌基因組有2 個，被測序的菌株分別是ATCC 96836 和Abra43。2009年公布的ATCC 96836 基因組大小為29．53 Mb，包含3 280 個scaffolds，預測到10 514 個基因；2017年公布的Abra43基因組大小為31．03 Mb，包含29 個scaffolds，共預測到12 456 個基因[15]。2019年，Rajarammohan 等[16]利用三代Nanopore MinION 測序技術(shù)，對蕓薹鏈格孢菌的分離株J3 進行基因組測序，組裝獲得包含17 個contigs 的34．14 Mb 基因組序列。

由于絕大多數(shù)的鏈格孢菌缺乏有性階段[1，11]，通過正向遺傳學手段研究鏈格孢菌基因組較為困難，因此，基因突變或敲除等反向遺傳學方法成為探究其致病機理的重要手段。研究發(fā)現(xiàn)，很多目標基因的突變未能改變其致病力，這可能與這些基因存在功能冗余有關(guān)[17-18]。

在已報道的病原菌功能基因中，很多與孢子的細胞壁有關(guān)，如非核糖體多肽合成酶基因AbNPS2 能專一性地在生殖發(fā)育階段的分生孢子中編碼一個由7 195個氨基酸組成的大型蛋白；該基因突變能影響孢子的細胞壁形態(tài)，降低孢子的萌發(fā)率，從而使病菌的致病力下降[19]。鏈格孢菌轉(zhuǎn)錄因子AbPf2 能在早期侵染過程中誘導106 個病菌基因的響應[20-21]，包括果膠裂解酶基因PL1332；研究發(fā)現(xiàn)，PL1332 的突變可以使致病菌的致病力降低約30%[20]。鋅指蛋白轉(zhuǎn)錄因子AbVf19 能調(diào)控孢子的細胞壁降解酶基因；當AbVf19 被敲除后，病原菌對宿主植物的致病力顯著降低[22]。雖然有些基因的突變能使孢子的細胞壁結(jié)構(gòu)發(fā)生異常，但對其致病力卻沒有顯著影響，如編碼黃酮單加氧酶的基因AbMak1 能影響分生孢子的親水性粘附及其表面硬度，而對孢子自身的生長與繁殖影響很小[23]。有些基因突變后使鏈格孢菌的致病力增強，如參與黑色素生物合成的信號途徑基因Amr1 突變后，黑色素無法正常合成，但果膠作為碳源在細胞壁中的利用效率比野生型更高，使得其致病力更強，病斑大小是野生型的2 倍[24]。

影響病原菌的生長與繁殖是改變其致病力的常見手段。如非核糖體多肽合成酶基因AbrePsyl，可能參與了毒素或病菌生長所需的鐵載體的合成，使得它們在植病互作中的基因表達量明顯提高[25]；病原菌菌絲融合基因Aso1 受突變后，影響了菌落形成過程中分生孢子的營養(yǎng)與水分獲取，降低了其致病力[26]；參與未折疊蛋白反應(the unfolded protein response，UPR)信號途徑的基因AbHacA受突變后，能降低真菌吸收宿主環(huán)境中生長所需營養(yǎng)物質(zhì)的能力，也能降低病菌致病力[27]。

在病原菌與植物的互作過程中，病原菌會分泌毒素，植物能產(chǎn)生抗毒素(如camalexin、蕓薹寧和異硫氰酸鹽等)抵御病菌侵染。但病原菌中存在絲裂原活化蛋 白 激 酶 類 ( mitogen-activated protein kinases，MAPKs)，可受植物抗毒素激活，以保護真菌免受植物抗毒素的侵染。一方面，受camalexin 激活的MAP 激酶基因AbHog1、AbSlt2 或MAPK 激酶基因AbSte7 的缺失突變，可以使甘藍鏈格孢菌的致病力明顯下降[28-30]；另一方面，植物抗毒素蕓薹寧降解酶基因Bdtf1 的突變[31-32]，或者降解異硫氰酸鹽的谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶基因AbGSTO1[33]的突變，也能使病原菌的致病力下降。

這些致病基因(或編碼的蛋白)可能與植物中某些基因或蛋白存在直接互作，也可能是相關(guān)途徑的代謝產(chǎn)物與植物存在互作?；诓≡闹虏∫蜃影l(fā)掘植物中的互作因子，并應用基因工程手段提高植物對病原菌的抗性，對于缺乏抗病基因的植物來說尤為重要；此外，這些致病基因或蛋白還可以作為藥物靶點，用以開發(fā)新的防治農(nóng)藥。

1.3 病原毒素相關(guān)研究

黑斑病的發(fā)生與鏈格孢菌產(chǎn)生的毒素具有密切的關(guān)系。作為死體營養(yǎng)型致病菌，鏈格孢菌在侵染植物時，首先通過釋放毒素誘導侵染處植物細胞的程序性死亡，再通過細胞壁降解酶等分解死亡的細胞[34]。鏈格孢菌能產(chǎn)生兩類毒素，即寄主選擇性毒素(hostselective toxin， HST)和非寄主專化性毒素(nonspecific toxin， NHST)。已報道的HST 至少有13 種[35]，其中蕓薹鏈格孢菌或甘藍鏈格孢菌產(chǎn)生的HST 被稱為“AB-毒素”。不同的是，大多數(shù)的鏈格孢毒素是低分子量的次級代謝物，而AB-毒素被認為是35 kDa 的蛋白質(zhì)[35-36]；大多數(shù)的鏈格孢毒素能在具有孢子萌發(fā)液的培養(yǎng)基上產(chǎn)生，而AB-毒素只能在孢子侵染宿主植物的早期產(chǎn)生，不能在非宿主植物或培養(yǎng)基上產(chǎn)生，這可能與AB-毒素的產(chǎn)生需要受宿主植物中的寡糖誘導有關(guān)[37]。

一般認為，AB-毒素包含4 種組分：腐敗菌素B、高腐敗菌素B(homodestruxin B)、腐敗菌素B2(destruxin B2)和脫甲基腐敗菌素B(desmethyldestruxin B)[38]。其中，腐敗菌素B 是AB-毒素的重要組分，較低濃度的腐敗菌素B 就能對蕓薹屬植物的正常生理功能產(chǎn)生干擾，并且這種敏感性會隨著與蕓薹屬植物進化距離的增加而降低[39]。Parada 等[38，40]認為腐敗菌素B 是NHST，并且發(fā)現(xiàn)了一種區(qū)別于AB-毒素的新的HST 蛋白，即ABR-毒素。與AB-毒素類似，ABR-毒素是一種27．5 kDa的蛋白質(zhì)。

與AB-毒素生物合成相關(guān)的基因鮮見報道[34]，而在其他類似毒素物質(zhì)的研究中，相關(guān)調(diào)控基因被發(fā)現(xiàn)，如甘藍鏈格孢菌基因Abpks9 能與其他4 個基因(DEP2，DEP3，DEP4，DEP6)共同參與合成一種組蛋白去乙酰化抑制劑Depudecin。將這5 個基因突變之后，影響了Depudecin 的合成，從而使甘藍鏈格孢菌的致病力下降10%[41]。表1總結(jié)了鏈格孢菌中與其致病力相關(guān)的基因。

表1 鏈格孢菌中與其致病力相關(guān)的基因Table 1 Genes related to the pathogenicity of Alternaria spp.

2 植物對鏈格孢菌的防御

2.1 植物先天性免疫

在長期的進化過程中，植物建立起了一套復雜的機制來抵御各種病原菌的侵染[46]，整個過程可分為4個階段：(1) 植物通過模式- 識別受體(pattern recognition receptors， PRRs)，識別不同類型的病原相關(guān)分子模式(pathogen-associated molecular patterns，PAMPs) 或損傷相關(guān)分子模式(damage-associated molecular patterns，DAMPs)，從而產(chǎn)生模式觸發(fā)免疫(pattern-triggered immunity，PTI)，以抵御病菌侵染。(2)部分(未被識別的)病菌能產(chǎn)生效應因子干擾PTI過程，使植物產(chǎn)生效應因子觸發(fā)的感病反應(effectortriggered susceptibility，ETS)。(3)某些效應因子能被植物中包含核苷酸結(jié)合及富含亮氨酸重復(nucleotide binding-leucine rich repeat， NB-LRR)結(jié)構(gòu)域的蛋白識別，引起植物產(chǎn)生效應因子觸發(fā)的免疫反應(effectortriggered immunity，ETI)，并且會造成受侵染部位一定程度的過敏性細胞死亡。(4)受到自然選擇的作用，部分病菌無法被植物中的蛋白所識別，或者具有另外的蛋白抑制ETI 過程，從而再次觸發(fā)植物新一輪的ETI 反應[47-48]。

在PTI 中，PRRs 如何識別PAMPs 和DAMPs 的過程比較復雜，也是研究的熱點。PRRs 包括受體蛋白激酶(receptor-like kinase proteins，RLKs)和受體蛋白(receptor-like proteins，RLPs)兩種[48]。PAMPs 主要有幾丁質(zhì)、鞭毛蛋白、糖蛋白、脂多糖等[49]。其中，幾丁質(zhì)是真菌細胞壁的組成部分，植物對幾丁質(zhì)的識別需要LYK(lysM-containing receptor-like kinase)基因的參與。當LYK4 基因突變時，擬南芥對甘藍鏈格孢菌的識別能力減弱，使得抗性顯著降低[50]。DAMPs 主要有寡聚半乳糖醛酸、 多肽和植物磺肽素(phytosulfokines，PSKs)[48]。擬南芥中PSK 受體PSK1突變后能增強活體營養(yǎng)型真菌的抗性，但同時會抑制茉莉酸響應基因的表達，使其對甘藍鏈格孢菌抗性減弱[51]。此外，自噬作用在植物對病原菌的基礎免疫中起著重要作用，當自噬相關(guān)基因ATG5、ATG10、ATG18a突變后，擬南芥對甘藍鏈格孢菌的抗性顯著降低[52]。

在ETI 中，抗性R 基因需要編碼病程相關(guān)(pathogenesis-related，PR)蛋白識別病原菌分泌的效應蛋白。近年來，關(guān)于PR 基因的轉(zhuǎn)錄組研究有較多報道，如當芥菜受蕓薹鏈格孢菌侵染后，芥菜BjPR1 基因能響應生物(病菌)和非生物(創(chuàng)傷)脅迫，并且在葉片侵染處和葉片末端非侵染處都能發(fā)現(xiàn)BjPR1 上調(diào)表達，表明該基因在SAR 過程中起著重要作用[53]；BjPR2 能編碼β-1，3-葡聚糖酶，催化病原菌細胞壁中β-1，3-葡聚糖的水解，破壞病原菌細胞結(jié)構(gòu)，從而使植物不受病原菌的侵染[54]。另外，在擬南芥PR-12 like 的3 個基因中，只有At2g26020 在蕓薹鏈格孢菌侵染和非侵染部位的表達量顯著提高，表明該基因是參與黑斑病ETI 途徑的重要基因[55]。

2.2 植物激素防御

在植物對病原菌的防御過程中，水楊酸(salicylic acid， SA)、茉莉酸(jasmonic acid， JA) 和 乙 烯(ethylene， ET)等植物激素起關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用?；铙w營養(yǎng)型和死體營養(yǎng)型病菌對植物的侵染模式不同，植物抵御這兩類病菌的方式也有所不同。一般認為，活體營養(yǎng)型致病菌能誘導植物的SA 信號途徑，而死體營養(yǎng)型致病菌能誘導植物的JA/ET 信號途徑[56]。由于激素與激素之間往往存在著信號交互作用，上述劃分也并非是絕對的[57-59]。甚至，植物對致病菌的抗性并不取決于某種特定的信號途徑，而更取決于信號交互作用的方式[60]。

鏈格孢屬真菌作為一種死體營養(yǎng)型致病菌，主要能誘導植物的JA 信號途徑。當植物受病菌侵染后，JA 含量迅速積累，被其“核受體”COI1 識別，在轉(zhuǎn)錄中介體(Mediator)MED25 和CDK8(cyclin-dependent kinase 8)的作用下，釋放核心轉(zhuǎn)錄因子MYC2 (jasmonate insensitive 1)的活性，進而激活病程相關(guān)基因，如PDF1．2、HEL和CHI-B編碼具有抗菌活性的蛋白質(zhì)[61-64]；在擬南芥中，除DiG(Dijon G)等少數(shù)生態(tài)型外，幾乎所有的生態(tài)型對甘藍鏈格孢菌都具有抗性[65]。但是，JA 信號途徑突變體coi1 和植保素camalexin 突變體pad3 對甘藍鏈格孢菌敏感。外源施加JA 后，擬南芥突變體對甘藍鏈格孢菌的抗性顯著提高[66]。

ET 與JA 之間存在著交互作用。ERF1(ethylene response factor1)是調(diào)控ET 與JA 信號途徑的重要轉(zhuǎn)錄因子。ERF1 既是ET 信號途徑的下游調(diào)控基因[67]，也是JA 處理后的早期響應基因[61]。隨后發(fā)現(xiàn)組蛋白乙?；騂DA19(histone deacetylase19)的超表達能激活ERF1，并提高擬南芥對甘藍鏈格孢菌的抗性[68]。另一種與ET 和JA 信號交互有關(guān)的基因GLIP1，能調(diào)控脂肪酶的分泌，突變后對甘藍鏈格孢菌的抗性明顯減弱[69]。

SA 與JA 之間也存在著交互作用。當SA 信號途徑或ET 信號途徑受損后，并不能改變擬南芥對甘藍鏈格孢菌的抗性[70]。但在擬南芥突變體受甘藍鏈格孢菌侵染后，外施SA 會抑制JA 對病菌的響應，使抗性減弱[66]。SA 與JA 之間的交互作用受很多調(diào)控因子影響，如NPR1，不僅能激活SA 介導的PR基因的表達，還能抑制JA 合成與響應基因的表達[71]。擬南芥轉(zhuǎn)錄因子WRKY33 也能影響SA 和JA 的交互作用，該基因的超表達能增強PDF1．2 的表達水平[72]。

此外，細胞分裂素(cytokinin，CTK)[73]、生長素(auxin， IAA)[46]和脫落酸(abscisic acid， ABA)[74]也是影響植物對黑斑病抗性的重要激素，并且外施上述激素可提高對黑斑病的抗性。研究發(fā)現(xiàn)，IAA 與ABA之間也可在ARF10 的誘導下發(fā)生交互作用，共同參與白芥子中對甘藍鏈格孢菌的抗性[75]。

2.3 植物抗菌類物質(zhì)

病原菌產(chǎn)生毒素侵染植物時，植物會產(chǎn)生抗菌類物質(zhì)進行防御。其中，植物抗毒素(phytoalexin)是植物在受到脅迫(包括病原體侵襲)時誘導產(chǎn)生的一類抗菌類物質(zhì)，通常屬于次生代謝產(chǎn)物[76]。已報道的十字花科抗毒素至少有44 種，并且大多數(shù)是(S)-色氨酸和(S)-苯丙氨酸的衍生物[77-78]。在鏈格孢菌與十字花科植物互作過程中，主要產(chǎn)生的植物抗菌類物質(zhì)包括植保素camalexin、蕓薹寧(brassinin)和異硫氰酸鹽(isothiocyanates)等。

Camalexin 是擬南芥中最重要的一類抗菌類物質(zhì)，是一種含硫的生物堿，最早在亞麻芥中被發(fā)現(xiàn)[79]，故又被稱為亞麻薺素。當鏈格孢菌侵染擬南芥時，能誘導擬南芥產(chǎn)生camalexin 抵御病菌侵染，并且不同生態(tài)型的擬南芥中camalexin 的含量存在差異，表現(xiàn)為對鏈格孢菌的抗性差異[12]。研究表明，PAD是調(diào)控camalexin 的重要基因，擬南芥突變體pad3 無法誘導產(chǎn)生足夠含量的camalexin，使得對鏈格孢菌的抗性明顯減弱[80]。研究發(fā)現(xiàn)，camalexin 的合成及轉(zhuǎn)運受到MPK3/MPK6-WRKY33 信號模塊的調(diào)控，有助于camalexin 被誘導合成后快速轉(zhuǎn)運出植物細胞，發(fā)揮其抗菌效應[81]。

蕓薹寧不僅是十字花科的抗毒素，還是某些毒素合成的前體，其抗菌活性主要源自它的二硫代氨基甲酸(dithiocarbamate)基團[82]。在真菌入侵的早期，蕓薹寧能抑制或減緩真菌細胞的生長[83]。但同時，鏈格孢菌也能誘導產(chǎn)生蕓薹寧水解酶BHAb，將蕓薹寧降解成3-吲哚甲胺(3-indolylmethanamine)[82]，這種“解毒酶”使植物更容易遭受病菌侵染。為此，需要尋找一種“解毒酶” 的抑制劑——paldoxins(phytoalexin detoxification inhibitors)用于病害防控[84]。目前已發(fā)現(xiàn)吲哚和萘甲酸甲酯是合成paldoxins 的前體物質(zhì)[85]。

異硫氰酸鹽是芥子油苷的降解產(chǎn)物，廣泛存在于十字花科蔬菜中。對包括5 種異硫氰酸鹽的17 種芥子油苷及其降解產(chǎn)物的抗菌性研究發(fā)現(xiàn)，異硫氰酸鹽具有良好的抑菌效果[86]。與camalexin 和蕓薹寧相比，異硫氰酸鹽對鏈格孢菌的敏感性較弱，且在不同分離株中存在變異[87]。

2.4 植物酶類在抗黑斑病中的作用

植物酶類在植物對病原菌的識別和響應過程中起著十分重要的作用。在十字花科蔬菜抵御黑斑病的過程中，已報道的酶類包括絲裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase， MAPK)[88-91]、 過氧化酶(peroxidases)[92]、抗壞血酸氧化酶(ascorbate oxidase，AO)[93]和胼胝質(zhì)合成酶(callose synthase)等[57]。

在植物受病原菌侵入早期，MAPK 級聯(lián)反應在感知和傳遞PAMPs 信號過程中起著關(guān)鍵作用，包括相關(guān)激素的合成和信號傳導，活性氧(reactive oxygen species，ROS)的產(chǎn)生，氣孔的關(guān)閉，防御基因的激活，植物抗毒素合成，細胞壁的加固和過敏反應等[88]。如在激素調(diào)控方面，擬南芥MPK4 基因不僅能調(diào)控SA信號通路，也能調(diào)控ET/JA 信號通路。mpk4 突變體由于阻斷了ET/JA 信號通路，使擬南芥對甘藍鏈格孢菌的抗性減弱[89]；在抗毒素合成方面，植物受到云薹鏈格孢菌侵染后，信號識別受體誘導下游MAPK 信號級聯(lián)反應，從而激活camalexin 的合成和積累，用以抵御病害侵染[90-91]。

細胞壁過氧化物酶參與擬南芥中ROS 的爆發(fā)。ROS 在植物細胞受病原菌侵染后產(chǎn)生，造成細胞壞死，有助于死體營養(yǎng)型真菌的侵染。將擬南芥中過氧化酶基因PRX33 和PRX34 敲除，再接種甘藍鏈格孢菌后，ROS 產(chǎn)生量減少，菌斑變小，植株表現(xiàn)出抗病性[92]。AO 屬于藍銅氧化酶家族的糖蛋白，不僅能調(diào)控細胞壁的伸長生長，也能調(diào)控ROS 介導的信號傳導過程。在不結(jié)球白菜(Brassica campestrisssp． chinese Makina cv． suzhouqing)中接種蕓薹鏈格孢菌后，BcAO基因的表達水平顯著提高，表明BcAO在不結(jié)球白菜抗黑斑病過程中起著重要作用[93]。

此外，擬南芥中的胼胝質(zhì)合成酶[57]、凝集素受體激酶[94]以及白芥子中的糖基水解酶[7]等，分別能通過影響細胞壁組分、信號傳導和激素響應從而影響植物對黑斑病的抗性。

在病原菌中尋找抵御病原菌的酶類，通過轉(zhuǎn)基因的方式在植物中合成利用，也是提高植物抗病性的一種方法。如幾丁質(zhì)酶基因轉(zhuǎn)到青花菜[95]、芥菜[96]和芝麻芥[97]中，合成的幾丁質(zhì)酶可以降解鏈格孢菌細胞壁，從而對黑斑病產(chǎn)生不同程度的抗性。茄科中的甾醇糖基轉(zhuǎn)移酶基因WsSGTL1 轉(zhuǎn)到擬南芥中，可以影響擬南芥膜甾醇的糖基化模式，增強糖基生物堿和糖基酚類化合物，阻礙ROS 和自由基的產(chǎn)生，也能增強對甘藍鏈格孢菌的抗性[98]。表2 總結(jié)了十字花科植物中與黑斑病相關(guān)的基因。

3 小結(jié)與展望

引起十字花科黑斑病的鏈格孢屬真菌屬死體營養(yǎng)型致病菌，其侵染過程首先通過釋放毒素誘導侵染處植物細胞的程序性死亡，再通過細胞壁降解酶等分解死亡的細胞。同時，宿主植物主要通過JA 信號途徑和抗菌類物質(zhì)(如camalexin 等)對鏈格孢菌進行防御。利用基因組學、轉(zhuǎn)錄組學、蛋白組學和代謝組學的技術(shù)，研究者們已從擬南芥突變體中鑒定出大量參與植物—病原菌互作過程的基因、轉(zhuǎn)錄因子、酶和代謝產(chǎn)物。表1 和表2 分別總結(jié)了鏈格孢菌和十字花科植物中與抗黑斑病相關(guān)的致病基因和抗病基因。從已有的報道中可推斷，植物與黑斑病菌互作的過程可能相當復雜，尤其是植物對病菌的信號識別、傳導及激素間信號互作模式等方面尚未明晰。在這些方面進一步開展研究，豐富對植物免疫系統(tǒng)及其作用機制的認識，將成為今后抗病研究的重點內(nèi)容。

盡管擬南芥和重要農(nóng)作物中對抗病機理的探索與實踐已經(jīng)取得了重要進展，但對于十字花科蔬菜中黑斑病的研究還需進行探索。本研究認為，可從以下幾個方面開展工作：第一，挖掘抗病種質(zhì)資源。目前十字花科蔬菜中缺乏抗黑斑病種質(zhì)或基因源，嚴重制約了后續(xù)抗病育種工作。雖然已有研究者嘗試利用遠緣雜交的方法從近緣野生種中獲得抗病基因[2，4，118]，但后代中存在抗性不穩(wěn)定的現(xiàn)象[118]，且技術(shù)耗時費力，難以在育種中利用。今后可以嘗試構(gòu)建與篩選突變體庫[119]，或者通過CRISPR/Cas9 等基因編輯手段獲得抗病資源。第二，加強植病互作研究。目前對植物與黑斑病的互作研究主要集中在模式植物擬南芥，對其他十字花科蔬菜中的互作機制研究需要加強，并加以利用。如可通過基因敲除等反向遺傳學方法改變病原菌基因功能，使其致病力降低甚至喪失；還可利用多組學聯(lián)合分析技術(shù)挖掘與抗黑斑病相關(guān)的基因與轉(zhuǎn)錄因子，在十字花科蔬菜中育成抗病材料。第三，聚焦抗菌類物質(zhì)。擬南芥、亞麻芥和薺菜中因自身的抗菌類物質(zhì)camalexin，使其對黑斑病具有一定抗性。然而，十字花科栽培種中并不存在camalexin[78]，而具有另一類重要的抗菌類物質(zhì)——異硫氰酸鹽。雖然已有研究認為異硫氰酸鹽對黑斑病具有抗性[86-87]，但對其作用機理尚不清楚。作為芥子油苷的降解產(chǎn)物，異硫氰酸鹽在青花菜不同品種中存在較大的遺傳變異[120]。探究芥子油苷代謝的分子機制及其與黑斑病的關(guān)系，將可能成為十字花科蔬菜抗黑斑病研究的重要突破口。有報道稱，肉桂皮、百里香、丁香、檸檬草和玫瑰草等植物精油能對藍莓中的鏈格孢菌(Alternaria alternata)具有不同程度的抑菌活性[121]，這為探索十字花科植物新的抗菌類物質(zhì)提供了參考。